Diagrama esquemático de un sistema de aire acondicionado que utiliza enfriamiento evaporativo de dos etapas. Dispositivo para refrigeración por aire evaporativo de dos etapas Refrigeración evaporativa directa

19.10.2019

2018-08-15

El uso de sistemas de aire acondicionado (ACS) con refrigeración evaporativa como una de las soluciones de diseño energéticamente eficientes edificios modernos y estructuras.

Hasta la fecha, los consumidores más comunes de calor y electricidad en los modernos administrativos y edificios públicos son los sistemas de ventilación y aire acondicionado. Al diseñar edificios modernos para fines públicos y administrativos con el fin de reducir el consumo de energía en los sistemas de ventilación y aire acondicionado, tiene sentido dar especial preferencia a la reducción de energía en la etapa de obtención especificaciones y reduciendo los costos operativos. Reducir los costos operativos es más importante para los propietarios o inquilinos de las instalaciones. Hay muchos métodos listos para usar y varias medidas para reducir los costos de energía en los sistemas de aire acondicionado, pero en la práctica, la elección de soluciones energéticamente eficientes es muy difícil.

Uno de los muchos sistemas de ventilación y aire acondicionado que se pueden clasificar como energéticamente eficientes es el sistema de aire acondicionado por evaporación que se analiza en este artículo.

Se utilizan en residencial, público, locales industriales. El proceso de enfriamiento por evaporación en los sistemas de aire acondicionado es proporcionado por cámaras de boquillas, dispositivos de película, boquilla y espuma. Los sistemas bajo consideración pueden tener enfriamiento evaporativo directo, indirecto y de dos etapas.

De estas opciones, el equipo de refrigeración por aire más económico es el sistema de refrigeración directa. Para ellos, se supone que deben usar equipos estándar sin el uso de fuentes adicionales de frío artificial y equipos de refrigeración.

Un diagrama esquemático de un sistema de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo directo se muestra en la fig. una.

Las ventajas de tales sistemas incluyen costos mínimos mantenimiento de los sistemas durante la operación, así como confiabilidad y simplicidad estructural. Sus principales desventajas son la imposibilidad de mantener los parámetros del aire de suministro, la exclusión de la recirculación en las instalaciones atendidas y la dependencia de las condiciones climáticas externas.

El consumo de energía en tales sistemas se reduce al movimiento de aire y agua recirculada en humidificadores adiabáticos instalados en el acondicionador de aire central. Cuando se usa humidificación adiabática (enfriamiento) en acondicionadores de aire centrales, se requiere agua de calidad potable. El uso de tales sistemas puede estar limitado en zonas climáticas con un clima predominantemente seco.

Las áreas de aplicación de los sistemas de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo son objetos que no requieren un mantenimiento preciso de las condiciones de calor y humedad. Por lo general, están a cargo de empresas de diversas industrias en las que se necesita una forma económica de enfriar el aire interior en condiciones de alto estrés por calor en las instalaciones.

La siguiente opción para el enfriamiento económico del aire en los sistemas de aire acondicionado es el uso de enfriamiento evaporativo indirecto.

Un sistema con dicho enfriamiento se usa con mayor frecuencia en los casos en que los parámetros del aire interior no se pueden obtener mediante el enfriamiento por evaporación directa, lo que aumenta el contenido de humedad del aire de suministro. En el esquema "indirecto", el aire de suministro se enfría en un intercambiador de calor de tipo recuperativo o regenerativo en contacto con una corriente de aire auxiliar enfriada por enfriamiento evaporativo.

Una variante del esquema del sistema de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo indirecto y el uso de un intercambiador de calor rotativo se muestra en la fig. 2. El esquema de SCR con enfriamiento evaporativo indirecto y el uso de intercambiadores de calor de tipo recuperativo se muestra en la fig. 3.

Los sistemas de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo indirecto se utilizan cuando se requiere suministro de aire sin deshumidificación. Los parámetros requeridos del ambiente del aire son respaldados por cerradores locales instalados en la habitación. La determinación del flujo de aire de suministro se realiza de acuerdo con las normas sanitarias o de acuerdo con el balance de aire en la habitación.

Los sistemas de aire acondicionado con refrigeración por evaporación indirecta utilizan aire exterior o extraen aire como aire auxiliar. En presencia de cerradores locales, se prefiere este último, ya que aumenta la eficiencia energética del proceso. Cabe señalar que el uso de aire de escape como aire auxiliar no está permitido en presencia de impurezas tóxicas y explosivas, así como un alto contenido de partículas en suspensión que contaminan la superficie de intercambio de calor.

El aire exterior se usa como flujo auxiliar cuando el flujo de aire de escape hacia el aire de suministro a través de las fugas del intercambiador de calor (es decir, el intercambiador de calor) es inaceptable.

El flujo de aire auxiliar se limpia en los filtros de aire antes de suministrarse para la humidificación. El esquema del sistema de aire acondicionado con intercambiadores de calor regenerativos tiene mayor eficiencia energética y menor costo de equipo.

Al diseñar y seleccionar esquemas para sistemas de aire acondicionado con enfriamiento evaporativo indirecto, es necesario tener en cuenta medidas para regular los procesos de recuperación de calor en la estación fría para evitar la congelación de los intercambiadores de calor. Debe contemplarse el recalentamiento del aire de escape frente al intercambiador de calor, el desvío de parte del aire de suministro en el intercambiador de calor de placas y el control de velocidad en el intercambiador de calor rotativo.

El uso de estas medidas evitará la congelación de los intercambiadores de calor. También en los cálculos cuando se usa aire de escape como flujo auxiliar, es necesario verificar la operabilidad del sistema en la estación fría.

Otro sistema de aire acondicionado de bajo consumo es el sistema de enfriamiento por evaporación de dos etapas. El enfriamiento por aire en este esquema se proporciona en dos etapas: métodos evaporativos directos y evaporativos indirectos.

Los sistemas de "dos etapas" proporcionan un ajuste más preciso de los parámetros del aire al salir del acondicionador de aire central. Dichos sistemas de aire acondicionado se utilizan en los casos en que se requiere un enfriamiento más profundo del aire de suministro en comparación con el enfriamiento por evaporación directa o indirecta.

Refrigeración por aire en sistemas de dos etapas Proporcionar en intercambiadores de calor de placas regenerativos o en intercambiadores de calor de superficie con un portador de calor intermedio utilizando un flujo de aire auxiliar - en la primera etapa. El enfriamiento por aire en los humidificadores adiabáticos se encuentra en la segunda etapa. Los requisitos básicos para el flujo de aire auxiliar, así como para verificar el funcionamiento de SCR durante la estación fría, son similares a los que se aplican a los esquemas SCR con enfriamiento evaporativo indirecto.

El uso de sistemas de climatización por refrigeración evaporativa permite obtener mejores resultados que no se pueden obtener con máquinas de refrigeración.

El uso de esquemas SCR con enfriamiento evaporativo, indirecto y de dos etapas permite, en algunos casos, abandonar el uso de máquinas de refrigeración y frío artificial, así como reducir significativamente la carga de refrigeración.

Mediante el uso de estos tres esquemas, a menudo se logra la eficiencia energética del tratamiento del aire, lo cual es muy importante en el diseño de edificios modernos.

Historia de los sistemas de refrigeración por aire evaporativo

Durante siglos, las civilizaciones han encontrado métodos originales para hacer frente al calor en sus territorios. Una forma temprana de sistema de refrigeración, el "receptor de viento", se inventó hace muchos miles de años en Persia (Irán). Era un sistema de ejes de viento en el techo, que atrapaba el viento, lo pasaba a través del agua y soplaba aire fresco hacia el interior. Cabe señalar que muchos de estos edificios también tenían patios con grandes suministros de agua, por lo que si no había viento, como resultado del proceso natural de evaporación del agua, el aire caliente se elevaba y evaporaba el agua en el patio, después de lo cual el el aire ya enfriado pasó a través del edificio. Hoy en día, Irán ha reemplazado los captadores de viento por enfriadores evaporativos y los utiliza ampliamente, y el mercado iraní, debido al clima seco, alcanza una facturación de 150 000 evaporadores por año.

En los EE. UU., el enfriador evaporativo fue objeto de numerosas patentes en el siglo XX. Muchos de ellos, desde 1906, propusieron el uso de virutas de madera como espaciador, llevando una gran cantidad de agua en contacto con el aire en movimiento y soportando una intensa evaporación. El diseño estándar de la patente de 1945 incluye un depósito de agua (generalmente equipado con una válvula de flotador para control de nivel), una bomba para hacer circular el agua a través de los espaciadores de astillas de madera y un ventilador para soplar aire a través de los espaciadores hacia las habitaciones. Este diseño y materiales siguen siendo fundamentales para la tecnología de enfriadores evaporativos en el suroeste de EE. UU. En esta región, también se utilizan para aumentar la humedad.

El enfriamiento por evaporación era común en los motores de los aviones de la década de 1930, como el motor del dirigible Beardmore Tornado. Este sistema se utilizó para reducir o eliminar por completo el radiador, que de lo contrario podría crear una resistencia aerodinámica significativa. En algunos vehículos se han instalado dispositivos externos de refrigeración por evaporación para refrigerar el habitáculo. A menudo se vendían como accesorios adicionales. El uso de dispositivos de enfriamiento por evaporación en automóviles continuó hasta que se generalizó el aire acondicionado por compresión de vapor.

El principio del enfriamiento por evaporación es diferente al de la refrigeración por compresión de vapor, aunque también requieren evaporación (la evaporación es parte del sistema). En un ciclo de compresión de vapor, después de que el refrigerante dentro del serpentín del evaporador se haya evaporado, el gas refrigerante se comprime y enfría, condensándose bajo presión en un estado líquido. A diferencia de este ciclo, en un enfriador evaporativo el agua se evapora una sola vez. El agua evaporada en el dispositivo de enfriamiento se descarga en el espacio con aire enfriado. En la torre de enfriamiento, el agua evaporada es arrastrada por el flujo de aire.

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Para estancias con grandes excedentes de calor sensible, donde es necesario mantener una alta humedad del aire interior, se utilizan sistemas de climatización que utilizan el principio de enfriamiento evaporativo indirecto.

El esquema consta de un sistema para procesar el flujo de aire principal y un sistema de enfriamiento evaporativo (Fig. 3.3. Fig. 3.4). Para el agua de refrigeración, se pueden utilizar cámaras de pulverización de acondicionadores de aire u otros dispositivos de contacto, piscinas de pulverización, torres de refrigeración y otros.

El agua, enfriada por evaporación en la corriente de aire, con temperatura, ingresa al intercambiador de calor de superficie: el enfriador de aire del acondicionador de aire del conducto de aire principal, donde el aire cambia su estado de valores a valores. \u200b(t.), La temperatura del agua sube a. El agua calentada ingresa al aparato de contacto, donde se enfría por evaporación a una temperatura y el ciclo se repite nuevamente. El aire que pasa a través del aparato de contacto cambia su estado de parámetros a parámetros (es decir). El aire de suministro, asimilando calor y humedad, cambia sus parámetros al estado de t., y luego al estado.

Figura 3.3. Esquema de enfriamiento evaporativo indirecto

1-intercambiador de calor-refrigerador de aire; dispositivo de 2 pines

Figura 3.4. diagrama de enfriamiento evaporativo indirecto

Línea - enfriamiento evaporativo directo.

Si el exceso de calor en la habitación es, entonces con enfriamiento evaporativo indirecto, el flujo de aire de suministro será

con refrigeración evaporativa directa

Dado que >, entonces<.

<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

La comparación de procesos muestra que con enfriamiento evaporativo indirecto, el rendimiento de SCR es menor que con enfriamiento directo. Además, con el enfriamiento indirecto, el contenido de humedad del aire de suministro es menor (<), что позволяет расширить область возможного использования принципа испарительного охлаждения воздуха.

En contraste con el esquema separado de enfriamiento evaporativo indirecto, se han desarrollado dispositivos de tipo combinado (Fig. 3.5). El aparato incluye dos grupos de canales alternos separados por paredes. El flujo de aire auxiliar pasa a través del grupo de canales 1. El agua suministrada a través del dispositivo de distribución de agua fluye por la superficie de las paredes del canal. Se suministra algo de agua al dispositivo de distribución de agua. Cuando el agua se evapora, la temperatura del flujo de aire auxiliar disminuye (con un aumento en su contenido de humedad) y la pared del canal también se enfría.

Para aumentar la profundidad de enfriamiento del flujo de aire principal, se han desarrollado esquemas de procesamiento de flujo principal de múltiples etapas, mediante los cuales es teóricamente posible alcanzar la temperatura del punto de rocío (Fig. 3.7).

La planta consta de un acondicionador de aire y una torre de enfriamiento. En el acondicionador de aire, se realiza el enfriamiento isoentálpico indirecto y directo del aire en las instalaciones atendidas.

La torre de enfriamiento enfría por evaporación el agua que alimenta el enfriador de aire de superficie del acondicionador de aire.

Arroz. 3.5. Esquema del dispositivo del aparato combinado para enfriamiento evaporativo indirecto: 1,2 - grupo de canales; 3- dispositivo de distribución de agua; 4- palet

Arroz. 3.6. Esquema de enfriamiento evaporativo de dos etapas SCR. Enfriador de aire de 1 superficie; 2-cámara de riego; 3- torre de enfriamiento; 4 bombas; 5-by-pass con válvula de aire; 6 ventiladores

Para unificar los equipos de enfriamiento por evaporación, se pueden usar cámaras de aspersión de acondicionadores de aire centrales típicos en lugar de una torre de enfriamiento.

El aire exterior ingresa al acondicionador de aire y se enfría en la primera etapa de enfriamiento (enfriador de aire) con un contenido de humedad constante. La segunda etapa de enfriamiento es la cámara de irrigación que opera en el modo de enfriamiento isentálpico. El enfriamiento del agua que alimenta la superficie del enfriador de agua se lleva a cabo en la torre de enfriamiento. El agua en este circuito es circulada por una bomba. Una torre de enfriamiento es un dispositivo para enfriar agua con aire atmosférico. El enfriamiento se produce por la evaporación de parte del agua que desciende por el rociador por acción de la gravedad (la evaporación del 1% del agua reduce su temperatura en aproximadamente 6).

Arroz. 3.7. diagrama con modo evaporativo de dos etapas

enfriamiento

La cámara de pulverización del acondicionador de aire está equipada con un conducto de derivación con una válvula de aire o tiene un proceso controlado, que regula el aire enviado a la habitación atendida por el ventilador.

Para el mantenimiento de habitaciones pequeñas individuales o grupos de ellas, son convenientes los acondicionadores de aire locales de enfriamiento evaporativo de dos etapas, realizados sobre la base de un intercambiador de calor de enfriamiento evaporativo indirecto hecho de tubos rodantes de aluminio (Fig. 139). El aire se limpia en el filtro 1 y entra en el ventilador 2, después de cuya abertura de descarga se divide en dos flujos: principal 3 y auxiliar 6. El flujo de aire auxiliar pasa dentro de los tubos del intercambiador de calor 14 de enfriamiento evaporativo indirecto. y proporciona enfriamiento por evaporación del agua que fluye por las paredes internas de los tubos. El flujo de aire principal pasa por el lado de las aletas de los tubos del intercambiador de calor y cede calor a través de sus paredes al agua enfriada por evaporación. La recirculación de agua en el intercambiador de calor se lleva a cabo mediante la bomba 4, que toma agua del sumidero 5 y la suministra para riego a través de tuberías perforadas 15. El intercambiador de calor para enfriamiento evaporativo indirecto desempeña el papel de primera etapa en acondicionadores de aire combinados de dos -etapa de enfriamiento evaporativo.

Ecología del consumo. La historia del acondicionador de aire evaporativo directo. Diferencias entre refrigeración directa e indirecta. Aplicaciones de aire acondicionado evaporativo

Enfriar y humedecer el aire a través del enfriamiento por evaporación es un proceso completamente natural en el que se utiliza agua como medio de enfriamiento y el calor se disipa eficientemente en la atmósfera. Se utilizan leyes simples: cuando un líquido se evapora, se absorbe calor o se libera frío. Eficiencia de evaporación: aumenta con el aumento de la velocidad del aire, lo que proporciona una circulación forzada del ventilador.

La temperatura del aire seco puede reducirse sustancialmente mediante el cambio de fase del agua líquida a vapor, y este proceso requiere mucha menos energía que el enfriamiento por compresión. En climas muy secos, el enfriamiento evaporativo también tiene la ventaja de aumentar la humedad del aire cuando está acondicionado, y esto crea más comodidad para las personas en la habitación. Sin embargo, a diferencia de la refrigeración por compresión de vapor, requiere una fuente constante de agua y durante la operación la consume constantemente.

Historia del desarrollo

Durante siglos, las civilizaciones han encontrado métodos originales para hacer frente al calor en sus territorios. Una forma temprana de sistema de refrigeración, el "receptor de viento", se inventó hace muchos miles de años en Persia (Irán). Era un sistema de ejes de viento en el techo que atrapaba el viento, lo pasaba a través del agua y soplaba aire fresco hacia el interior. Cabe señalar que muchos de estos edificios también tenían patios con grandes suministros de agua, por lo que si no había viento, como resultado del proceso natural de evaporación del agua, el aire caliente se elevaba y evaporaba el agua en el patio, después de lo cual el el aire ya enfriado pasó a través del edificio. En la actualidad, Irán ha reemplazado los captadores de viento por enfriadores evaporativos y los usa ampliamente, y el mercado, debido al clima seco, alcanza una facturación de 150 000 evaporadores por año.

En los EE. UU., el enfriador evaporativo ha sido objeto de numerosas patentes en el siglo XX. Muchos de los cuales, desde 1906, han propuesto el uso de virutas de madera como almohadilla para transportar una gran cantidad de agua en contacto con el aire en movimiento y para soportar una evaporación intensa. El diseño estándar, como se muestra en la patente de 1945, incluye un depósito de agua (generalmente equipado con una válvula de flotador para controlar el nivel), una bomba para hacer circular el agua a través de los espaciadores de astillas de madera y un ventilador para soplar aire a través de los espaciadores hacia la sala de estar. cuarteles. Este diseño y materiales siguen siendo fundamentales para la tecnología de enfriadores evaporativos en el suroeste de EE. UU. En esta región, también se utilizan para aumentar la humedad.

El enfriamiento por evaporación era común en los motores de los aviones de la década de 1930, como el motor del dirigible Beardmore Tornado. Este sistema se utilizó para reducir o eliminar por completo el radiador, que de lo contrario podría crear una resistencia aerodinámica significativa. En estos sistemas, el agua del motor se presurizaba con bombas que permitían calentarla hasta más de 100 °C, ya que el punto de ebullición real depende de la presión. Se rociaba agua sobrecalentada a través de una boquilla sobre un tubo abierto, donde se evaporaba instantáneamente, absorbiendo su calor. Estos tubos podrían ubicarse debajo de la superficie de la aeronave para crear cero arrastre.

En algunos vehículos se han instalado dispositivos externos de refrigeración por evaporación para refrigerar el habitáculo. A menudo se vendían como accesorios adicionales. El uso de dispositivos de enfriamiento por evaporación en automóviles continuó hasta que se generalizó el aire acondicionado por compresión de vapor.

Aplicaciones de enfriamiento evaporativo

Distinga el enfriamiento por aire evaporativo directo, oblicuo y de dos etapas (directo e indirecto). El enfriamiento por aire evaporativo directo se basa en el proceso de isenthalpía y se usa en acondicionadores de aire durante la estación fría; en clima cálido, solo es posible si no hay o hay una ligera liberación de humedad en la habitación y un bajo contenido de humedad del aire exterior. Eludir la cámara de riego amplía un poco los límites de su aplicación.

En climas secos y cálidos, se recomienda la refrigeración por aire evaporativo directo en el sistema de ventilación de suministro.

El enfriamiento por aire evaporativo indirecto se lleva a cabo en enfriadores de aire de superficie. Se utiliza un aparato de contacto auxiliar (torre de enfriamiento) para enfriar el agua que circula en el intercambiador de calor de superficie. Para el enfriamiento evaporativo indirecto del aire, es posible utilizar dispositivos de tipo combinado, en los que el intercambiador de calor realiza ambas funciones simultáneamente: calefacción y refrigeración. Dichos dispositivos son similares a los intercambiadores de calor recuperadores de aire.

El aire enfriado pasa a través de un grupo de canales, la superficie interna del segundo grupo se riega con agua que fluye hacia la bandeja y luego se rocía nuevamente. Al entrar en contacto con el aire de escape que pasa por el segundo grupo de canales, se produce un enfriamiento por evaporación del agua, como resultado de lo cual se enfría el aire del primer grupo de canales. La refrigeración por aire evaporativo indirecto permite reducir el rendimiento del sistema de aire acondicionado en comparación con su rendimiento con refrigeración por aire evaporativo directo y amplía las posibilidades de utilizar este principio, porque. el contenido de humedad del aire de suministro en el segundo caso es menor.

Con enfriamiento evaporativo de dos etapas uso de aire enfriamiento evaporativo indirecto y directo secuencial del aire en el acondicionador de aire. Al mismo tiempo, la instalación de enfriamiento por aire evaporativo indirecto se complementa con una cámara de boquillas de riego que funciona en el modo de enfriamiento evaporativo directo. Las cámaras típicas de boquillas de aspersión se utilizan en sistemas de enfriamiento de aire por evaporación como torres de enfriamiento. Además del enfriamiento por aire evaporativo indirecto de una etapa, es posible uno de múltiples etapas, en el que se lleva a cabo un enfriamiento por aire más profundo: este es el llamado sistema de aire acondicionado sin compresor.

Refrigeración evaporativa directa (ciclo abierto) se utiliza para reducir la temperatura del aire utilizando el calor específico de evaporación, cambiando el estado líquido del agua a gaseoso. En este proceso, la energía en el aire no cambia. El aire seco y cálido se reemplaza por aire frío y húmedo. El calor del aire exterior se utiliza para evaporar el agua.

El enfriamiento por evaporación indirecta (circuito cerrado) es un proceso similar al enfriamiento por evaporación directa, pero que utiliza cierto tipo de intercambiador de calor. En este caso, el aire húmedo y enfriado no entra en contacto con el ambiente acondicionado.

Enfriamiento evaporativo de dos etapas, o indirecto/directo.

Los enfriadores evaporativos tradicionales usan solo una fracción de la energía que necesitan los sistemas de refrigeración por compresión de vapor o aire acondicionado por adsorción. Desafortunadamente, elevan la humedad a un nivel incómodo (excepto en climas muy secos). Los enfriadores evaporativos de dos etapas no aumentan los niveles de humedad tanto como lo hacen los enfriadores evaporativos estándar de una etapa.

En la primera etapa de un enfriador de dos etapas, el aire caliente se enfría indirectamente sin aumentar la humedad (al pasar por un intercambiador de calor enfriado por evaporación desde el exterior). En la etapa directa, el aire preenfriado pasa a través de la almohadilla empapada de agua, se enfría más y se vuelve más húmedo. Dado que el proceso incluye una primera etapa de preenfriamiento, la etapa de evaporación directa requiere menos humedad para alcanzar las temperaturas requeridas. Como resultado, según los fabricantes, el proceso enfría el aire con una humedad relativa del orden del 50 al 70 %, según el clima. En comparación, los sistemas de refrigeración tradicionales elevan la humedad del aire hasta un 70 - 80 %.

Propósito

Al diseñar un sistema de ventilación de suministro central, es posible equipar la entrada de aire con una sección de evaporación y, por lo tanto, reducir significativamente el costo del enfriamiento del aire en la estación cálida.

En los períodos fríos y de transición del año, cuando el aire se calienta mediante calentadores de aire de suministro de sistemas de ventilación o aire interior mediante sistemas de calefacción, el aire se calienta y su capacidad física para asimilarse (absorberse) en sí mismo aumenta, con un aumento de la temperatura. - humedad. O, cuanto mayor sea la temperatura del aire, más humedad puede asimilar en sí mismo. Por ejemplo, cuando el aire exterior se calienta con un calentador con un sistema de ventilación desde una temperatura de -22 0 C y una humedad del 86 % (parámetro del aire exterior para el KhP de Kiev), hasta +20 0 C, la humedad desciende por debajo de los límites límite para los organismos biológicos a una humedad del aire inaceptable del 5 al 8%. Baja humedad del aire: afecta negativamente la piel y las membranas mucosas de una persona, especialmente aquellas con asma o enfermedades pulmonares. Humedad del aire normalizada para locales residenciales y administrativos: del 30 al 60%.

El enfriamiento del aire por evaporación va acompañado de la liberación de humedad o un aumento de la humedad del aire, hasta una alta saturación de la humedad del aire del 60-70%.

Ventajas

La cantidad de evaporación, y por lo tanto la transferencia de calor, depende de la temperatura de bulbo húmedo exterior que, especialmente en verano, es mucho más baja que la temperatura de bulbo seco equivalente. Por ejemplo, en los calurosos días de verano, cuando las temperaturas de bulbo seco superan los 40 °C, el enfriamiento por evaporación puede enfriar el agua hasta los 25 °C o enfriar el aire.
Dado que la evaporación elimina mucho más calor que la transferencia de calor sensible estándar, la transferencia de calor utiliza cuatro veces menos aire que los métodos convencionales de enfriamiento por aire, lo que ahorra una cantidad significativa de energía.

Refrigeración evaporativa versus aire acondicionado convencional A diferencia de otros tipos de aire acondicionado, el enfriamiento por aire evaporativo (bioenfriamiento) no utiliza gases nocivos (freón y otros) como refrigerantes que dañan el medio ambiente. También consume menos electricidad, ahorrando así energía, recursos naturales y hasta un 80% de los costos operativos en comparación con otros sistemas de aire acondicionado.

desventajas

Bajo rendimiento en climas húmedos.
Un aumento en la humedad del aire, que en algunos casos no es deseable: el resultado es una evaporación en dos etapas, donde el aire no entra en contacto y no está saturado de humedad.

Principio de funcionamiento (opción 1)

El proceso de enfriamiento se lleva a cabo debido al contacto cercano del agua y el aire, y la transferencia de calor al aire al evaporar una pequeña cantidad de agua. Además, el calor se disipa a través del aire tibio y saturado de humedad que sale de la unidad.

Principio de funcionamiento (opción 2) - instalación en la toma de aire

Plantas de enfriamiento evaporativo

Hay diferentes tipos de unidades de enfriamiento evaporativo, pero todas tienen:
- una sección de intercambio de calor o de transferencia de calor permanentemente humedecida con agua por rociado,
- un sistema de ventilación para la circulación forzada del aire exterior a través de la sección de intercambio de calor,

En los sistemas HVAC, la evaporación adiabática suele asociarse con la humidificación del aire, pero en los últimos años este proceso se ha vuelto cada vez más popular en todo el mundo y se utiliza cada vez más para la refrigeración "natural" del aire.

¿QUÉ ES EL ENFRIAMIENTO EVAPORATIVO?

El enfriamiento por evaporación es la base de uno de los primeros sistemas de enfriamiento de espacios creados por el hombre, donde el aire se enfría mediante la evaporación natural del agua. Este fenómeno es muy común y ocurre en todas partes: un ejemplo es la sensación de frío que experimentas cuando el agua se evapora de la superficie de tu cuerpo bajo la influencia del viento. Lo mismo sucede con el aire en el que se rocía el agua: dado que este proceso se produce sin una fuente de energía externa (esto es lo que significa la palabra "adiabática"), se toma del aire el calor necesario para evaporar el agua, lo que, en consecuencia, , se vuelve más frío.

El uso de este método de enfriamiento en los modernos sistemas de aire acondicionado brinda una alta capacidad de enfriamiento con un bajo consumo de energía, ya que en este caso la electricidad se consume solo para apoyar el proceso de evaporación del agua. Al mismo tiempo, el agua común se usa como refrigerante en lugar de composiciones químicas, lo que hace que el enfriamiento por evaporación sea más económico y respetuoso con el medio ambiente.

TIPOS DE REFRIGERACIÓN EVAPORATIVA

Hay dos métodos principales de enfriamiento evaporativo: directo e indirecto.

Refrigeración evaporativa directa

El enfriamiento evaporativo directo es el proceso de bajar la temperatura del aire en una habitación humedeciéndolo directamente. En otras palabras, debido a la evaporación del agua atomizada, el aire circundante se enfría. En este caso, la distribución de la humedad se lleva a cabo directamente en la habitación utilizando humidificadores y boquillas industriales, o saturando el aire de suministro con humedad y enfriándolo en la sección de la unidad de ventilación.

Cabe señalar que, en condiciones de enfriamiento evaporativo directo, es inevitable un aumento significativo de la humedad del aire de suministro al interior de la habitación, por lo que, para evaluar la aplicabilidad de este método, se recomienda tomar como base la fórmula conocida como el “índice de temperatura y malestar”. La fórmula calcula la temperatura confortable en grados Celsius, teniendo en cuenta las lecturas de humedad y temperatura de bulbo seco (Tabla 1). De cara al futuro, observamos que el sistema de enfriamiento evaporativo directo se utiliza solo en los casos en que el aire exterior durante el período de verano tiene temperaturas de bulbo seco altas y niveles de humedad absoluta bajos.

Enfriamiento evaporativo indirecto

Para mejorar la eficiencia del enfriamiento por evaporación con una humedad exterior alta, se recomienda combinar el enfriamiento por evaporación con la recuperación de calor. Esta tecnología se conoce como "refrigeración evaporativa indirecta" y es adecuada para casi cualquier país del mundo, incluidos los países con climas muy húmedos.

El esquema general de operación del sistema de suministro y ventilación con recuperación es que el aire de suministro caliente, que pasa a través de un casete de intercambio de calor especial, se enfría con el aire frío extraído de la habitación. El principio de funcionamiento del enfriamiento evaporativo indirecto es instalar un sistema de humidificación adiabático en el conducto de escape de los acondicionadores de aire centrales de suministro y escape, con la posterior transferencia de frío a través del intercambiador de calor al aire de suministro.

Como se muestra en el ejemplo, al usar un intercambiador de calor de placas, el aire exterior en el sistema de ventilación se enfría 6 °C. El uso de enfriamiento por evaporación del aire extraído aumentará la diferencia de temperatura de 6 °C a 10 °C sin aumentar el consumo de electricidad y los niveles de humedad interior. El uso de enfriamiento evaporativo indirecto es efectivo en altas entradas de calor, por ejemplo, en oficinas y centros comerciales, centros de datos, instalaciones industriales, etc.

Sistema de refrigeración indirecta mediante humidificador adiabático CAREL humiFog:

Caso: Estimación del costo de un sistema de refrigeración adiabático indirecto versus refrigeración por enfriadores.

En el ejemplo de un centro de oficinas con una estancia permanente de 2000 personas.

Condiciones de pago
Temperatura exterior y contenido de humedad:	+32ºС, 10,12 g/kg (los indicadores se toman para Moscú)
Temperatura del aire en la habitación:	+20 ºС
Sistema de ventilación:	4 unidades de tratamiento de aire con una capacidad de 30.000 m3/h (suministro de aire según normas sanitarias)
La potencia del sistema de refrigeración, teniendo en cuenta la ventilación:	2500 kilovatios
Temperatura del aire de suministro:	+20 ºС
Temperatura del aire de extracción:	+23 ºС
Eficiencia de recuperación de calor sensible:	65%
Sistema de refrigeración centralizado:	Sistema enfriador-fancoil con temperatura del agua 7/12ºС

Pago

Para el cálculo, calculamos la humedad relativa del aire en la campana.
A una temperatura en el sistema de refrigeración de 7/12 °С, el punto de rocío del aire de escape, teniendo en cuenta las emisiones internas de humedad, será de +8 °С.
La humedad relativa del aire en el escape será del 38%.

*Hay que tener en cuenta que el coste de instalación de un sistema de refrigeración, teniendo en cuenta todos los costes, es significativamente mayor en comparación con los sistemas de refrigeración indirecta.

Los gastos de capital

Para el análisis, tomamos el costo del equipo: enfriadores para el sistema de refrigeración y sistemas de humidificación para enfriamiento evaporativo indirecto.

Costo de capital para el enfriamiento del aire de suministro para un sistema de enfriamiento indirecto.

El coste de un rack de humidificación Optimist fabricado por Carel (Italia) en una unidad de tratamiento de aire es de 7570 €.

Costo de capital para el enfriamiento del aire de suministro sin sistema de enfriamiento indirecto.

El coste de una enfriadora con una capacidad frigorífica de 62,3 kW es de aproximadamente 12.460 €, sobre la base de un coste de 200 € por 1 kW de capacidad frigorífica. Hay que tener en cuenta que el coste de instalación de un sistema de refrigeración, teniendo en cuenta todos los costes, es significativamente mayor en comparación con los sistemas de refrigeración indirecta.

Costos de operacion

Para el análisis, tomamos el costo del agua del grifo 0,4 € por 1 m3 y el costo de la electricidad 0,09 € por 1 kWh.

Costos operativos para el enfriamiento del aire de suministro para un sistema de enfriamiento indirecto.

El consumo de agua para refrigeración indirecta es de 117 kg/h para una unidad de tratamiento de aire, teniendo en cuenta pérdidas del 10%, lo tomaremos como 130 kg/h.

El consumo de energía del sistema de humidificación es de 0,375 kW para una unidad de tratamiento de aire.

El coste total por hora es de 0,343 € por 1 hora de funcionamiento del sistema.

Costos de operación para el enfriamiento del aire de suministro sin sistema de enfriamiento indirecto.

La capacidad frigorífica requerida es de 62,3 kW por unidad de tratamiento de aire.

Tomamos el coeficiente de rendimiento igual a 3 (la relación entre la potencia de refrigeración y el consumo de energía).

El coste total por hora es de 7,48 € por 1 hora de funcionamiento.

Producción

El uso de refrigeración evaporativa indirecta permite:

Reducir los costos de capital para el enfriamiento del aire de suministro en un 39 %.

Reducir el consumo de energía para los sistemas de aire acondicionado de edificios de 729 kW a 647 kW, o en un 11,3 %.

Reducir los costes operativos de los sistemas de climatización del edificio de 65,61 €/h a 58,47 €/h, o un 10,9%.

Así, a pesar de que la refrigeración por aire fresco supone aproximadamente un 10-20% de la demanda total de refrigeración de oficinas y centros comerciales, es aquí donde se encuentran las mayores reservas para mejorar la eficiencia energética de un edificio sin una importante ampliación de capital. costos

El artículo fue elaborado por especialistas de TERMOCOM para su publicación en la revista ON N° 6-7 (5) junio-julio 2014 (pp. 30-35)